DE1523469B2 - Fluidbetriebene Vorrichtung, insbesondere Strömungsverstärker - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine entlüftete fluidische Vorrichtung mit mindestens einem der Fluidströmung dienenden Strömungskanal.

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird der Einfachheit halber zunächst im Zusammenhang mit Fluidverstärkern beschrieben. Bei einem Fluidverstärker tritt eine Fluidströmung, die im folgenden als Arbeitsströmung bezeichnet wird, aus einer Leistungsstrahldüse aus, die derart konstruiert ist, daß die Arbeitsströmung räumlich gut abgegrenzt ist. Eine Steuerströmung wird im wesentlichen rechtwinklig auf die Arbeitsströmung gerichtet, um quer zur Arbeitsströmung einen Druckunterschied oder ein Druckgefälle zu schaffen. Das Gerät ist mit mindestens zwei Ausgangskanälen versehen, die der Leistungsstrahldüse gegenüberliegen, wobei die Ausgangskanäle derart angeordnet sind, daß, wenn die Arbeitsströmung von der Steuerströmung nicht abgelenkt wird, die gesamte Arbeitsströmung in einen der Ausgangskanäle gerichtet wird, an die z. B. ein Verbraucher angeschlossen sein kann. Bei derartigen Systemen besteht folgendes Problem: Wenn nach dem Eintritt der Arbeitsströmung in einen der beiden Ausgangskanäle der stromabwärts vorhandene Strömungswiderstand oder Druck aus irgendeinem Grunde zunimmt, etwa durch die Funktionsweise des Verbrauchers, nimmt die stromaufwärts vorhandene Strömung ab. Zudem kann eine aus irgendeinem Grunde vorhandene Strömung im anderen Ausgangskanal auf die Leistungsstrahldüse hin, was hier als Rückströmung bezeichnet wird, auch eine Veränderung ^ der Strömungseigenschaften der Arbeitsströmung ver-Ursachen. Es ist offenbar, daß eine derartige Erhöhung des Strömungswiderstandes und des Druckes oder eine,,. -derartige Rückströmung'- unerwünscht sind, weil--chi Strömungseigenschaften der ArbeitsströrnuT}g * insbesondere im Bereich der Steuerströmurfg" durch Ursachen beeinflußt werden, auf die maTTnur geringe oder keine Kontrolle ausüben kann.

Es ist zwar aus einigen Literaturstellen (Diamond Ordnance Fuze Laboratories, »Fluid Amplification, J. Flud Flip Flops and a Counter«, U. S. Department of Commerce, Nr.AD 285 572, S. 10 und H; »Fluid Jet Control Devices«, The ASME, 1962, S. 83 bis 85; FR-PS 1 379 856) bekannt, Strömungskanäle von Fluidverstärkern an bestimmten Stellen dadurch zu entlüften, daß eine mit der Atmosphäre in Verbindung stehende Leitung an den Strömungskanal angeschlossen wird. Durch einfaches Entlüften eines Strömungsmittelkanals in der vorbekannten Weise kann eine nahezu vollständige Unterdrückung z. B. vom Verbraucher erzeugter, zurückwirkender Oszillationen nicht erreicht werden. * Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ^ί! eine entlüftete fluidische Vorrichtung mit mindestens einem der Fluidströmung dienenden Strömungskanal zu schaffen, welche oberhalb (in bezug auf die Richtung der Arbeitsströmung) des~mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Bereichs vollkommen unabhängig von irgendwelchen stromabwärts auftretenden Strömungs- oder Belastungsänderungen ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Strömungskanal von einer im wesentlichen quer zum Strömungskanal angeordneten entlüfteten Kammer unterbrochen ist und daß in der Kammer eine Eingangsdüse und eine mit der Eingangsdüse gleichachsig angeordnete Ausgangsdüse vorgesehen ist. Bei einer in dieser Weise ausgebildeten fluidischen Vorrichtung tritt die Arbeitsströmung als scharf begrenzter, schneller Strahl durch die entlüftete Kammer hindurch. Dadurch wird erreicht, daß bei unterhalb der Kammer (in bezug auf die Strömungsrichtung des Fluids) auftretenden Änderungen des Strömungswiderstandes oder des Druckes — etwa infolge des Arbeitens des Verbrauchers — infolge von Abzweigungen oder infolge irgendeiner anderen Ursache, oder durch eine Rückströmung oder einen Rückstau — ein Einfluß auf die

oberhalb der Kammer herrschenden Strömungsverhältnisse vermieden ist, da derartige Schwankungen oder ein derartiger Rückstau in die Kammer abgeleitet wird. Insbesondere dann, wenn die zurückwirkenden Schwankungen die Form von Wellen oder Oszillationen annehmen, hat sich die Erfindung als besonders zweckmäßig erwiesen. Die Kammer mit den Düsen wirkt dann gleichsam als Dämpfungseinheit, die eine nahezu vollständige Dämpfung der störenden Oszillationen (Reduzierung der Amplitude und der Frequenz) verursacht. Die infolge der zusätzlichen Düsen auftretenden Energieverluste sind gering. Sie betragen maximal 5%.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsdüse zur Kammer hin eine trichterförmige Öffnung aufweist. Diese Maßnahme trägt dazu bei, daß die Arbeitsströmung ihre gut begrenzte Form beibehält und daß eine Rückströmung oder ein Rückstau in die Kammer abgeleitet wird.

Weiterhin ist im Rahmen der Erfindung vorteilhaft, wenn die Kammer von mindestens zwei Entlüftungsöffnungen und einem sich quer zum Strömungskanal erstreckenden Verbindungskanal gebildet ist. Dabei ist zweckmäßig auch der Verbindungskanal auf seiner gesamten Länge zur Atmosphäre hin offen. Eine in dieser Weise ausgebildete Vorrichtung ist in ihrer Herstellung ^, besonders einfach. θ""

Die vorliegende Erfindung kann insbesondere bei multistabilen Fluidverstärkern oder anderen mit einem Fluid betriebenen Vorrichtungen verwendet werden, bei denen ein energiereicher Fluidstrom durch einen Kanal oder eine öffnung hindurchtritt. Das Fluid kann komprimierbar sein, wie etwa Luft, Stickstoff oder andere Gase, oder es kann nichtkomprimierbar sein, wie etwa Wasser oder andere Flüssigkeiten. Die Erfindung ist nicht auf irgendein bestimmtes Fluid beschränkt.

Bei Fluidverstärkern, die mindestens zwei Ausgangskanäle aufweisen, ist die Anwendung der Erfindung dann besonders vorteilhaft, wenn mindestens einer der beiden Ausgangskanäle von einer entlüfteten Kammer unterbrochen ist und wenn im Ausgangskanal im Bereich der Kammer je eine Eingangsdüse und je eine Ausgangsdüse vorgesehen ist. In besonders vorteilhafter Weise kann auch eine gemeinsame Kammer für beide Ausgangskanäle vorgesehen sein. Durch diese Maßnahmen können schädliche Rückwirkungen von Strömungs- oder Belastungsänderungen insbesondere auf den Bereich, in dem die Steuerströmung mit der Arbeitsströmung in Berührung kommt, der Wechselwirkungskammer, vermieden werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der folgenden Figuren erläutert.

F i g. 1 zeigt eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung;

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt nach der Linie 2-2 in F i g. 1;

F i g. 3 zeigt einen Querschnitt nach der Linie 3-3 in Fig.1;

F i g. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 5 zeigt einen bistabilen Fluidverstärker, bei dem die Erfindung in beiden Ausgangskanälen verwirklicht ist.

In den Fig.l, 2 und 3 ist eine entlüftete fluidische Vorrichtung 10 dargestellt, die Platten 12 und 14 aufweist und in deren Platte 12 Strömungskanäle 16 und 18 für das Fluid ausgebildet sind. Eine Eingangsdüse 20 ist derart gestaltet, daß sie im Strömungskanal 16 endet. An den Strömungskanal 18 ist eine Ausgangsdüse 22 angeschlossen, die derart ausgebildet ist, daß sie im Abstand von der Eingangsdüse 20 liegt und mit dieser in Längsrichtung fluchtet und das Fluid aufnimmt. Eine entlüftete Kammer 24, die einen Kanal 26 und Öffnungen 28 und 30 aufweist, ist zwischen der Eingangsdüse 20 und der Ausgangsdüse 22 ausgebildet und trennt diese. Der Kanal 26 und die Öffnungen 28 und 30 sind in der Platte 12 ausgeformt und ragen durch die Platte 14 auf die Außenseite der Vorrichtung 10. Der Druck in der Kammer 24 wird konstant gehalten, weil diese Kammer zur Umgebung hin offen ist.

Die Platten 12 und 14 können aus irgendeinem geeigneten Werkstoff hergestellt sein, beispielsweise aus Metall, Glas, Keramik, Kunststoff od. dgl., und sie sind mittels irgendeines geeigneten, dem Fachmann vertrauten Verfahrens dicht miteinander verbunden.

Wenn eine gutbegrenzte, energiereiche Arbeitsströmung durch den Strömungskanal 16 in Richtung des in F i g. 1 dargestellten Pfeiles strömt, tritt sie in die Eingangsdüse 20 ein. Da die Strömung genau begrenzt und energiereich ist, tritt sie durch den Kanal 26 der Kammer 24 hindurch und .wird von der Ausgangsdüse 22 aufgenommen, wobei sie ihre einwandfreie Begrenzung beibehält, so daß sie durch den Strömungskanal 18 hinjjurchtreten kann und die an der (nicht dargestellten) Verbrauchsstelle erforderliche Energie liefert. Durch.irgendeine Änderung des Strömungswiderstand^ oder des Druckes stromabwärts der Kammer 24; etwa infolge des Arbeitens des Verbrauchers, infolge von Abzweigungen oder infolge irgendeiner anderen Ursache, oder durch irgendeine Rückströmung oder einen Rückstau niedriger Energie durch den Strömungskanal 18 werden die Qualität oder die Eingenschaften der Strömung im Strömungskanal 16 nicht beeinflußt, weil eine solche Änderung oder ein derartiger Rückstau in der Kammer 24 abgeleitet wird. Geeignete Verbrauchsvorrichtungen sind beispielsweise Zeitgeber, Digital-Logik-Schaltelemente, Analogschaltelemente od. dgl.

F i g. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung. Die Ausgangsdüse 32 ist gegenüber der Eingangsdüse 20 mit einem trichterförmigen Querschnitt ausgebildet, wobei dieser trichterförmige Querschnitt dazu beiträgt, daß die Arbeitsströmung ihre gutbegrenzte Form beibehält und daß irgendeine Rückströmung oder ein Rückstau über die Kammer 24 abgeleitet wird.

F i g. 5 zeigt einen bekannte"n bistabilen fluidischen Wandstrahlverstärker 34, bei dem in jedem der Ausgangskanäle 42, 44 die Erfindung verwirklicht ist. Auch diese Vorrichtung kann von zwei Platten gebildet werden, wie das im Zusammenhang mit der in den F i g. 1 bis 3 dargestellten Vorrichtung beschrieben wurde, wobei hier zur Verdeutlichung die obere Platte 36 jedoch durchsichtig dargestellt ist. Eine in geeigneter Weise regulierte Fluidströmung, die von einem Kompressor, einer Pumpe oder einer anderen Quelle dieser Art (nicht dargestellt) geliefert wird, tritt in den Leistungskanal 38 ein. Die Fluidströmung tritt durch die Leistungsstrahldüse 40 hindurch und tritt aus dieser als gutbegrenzte, energiereiche Arbeitsströmung in eine Wechselwirkungskammer aus. Gegenüber der Leistungsstrahldüse 40 sind zwei Ausgangskanäle 42 und 44, getrennt durch einen Fluidteiler, ausgebildet.

Zur Steuerung sind zwei zur Leistungsstrahldüse 40 etwa rechtwinklig in die Wechselwirkungskammer einmündende Steuerdüsen 50, 52 vorgesehen. Wenn die

Arbeitsströmung an der linken Wand des Ausgangskanals 42 anliegt und eine Steuerströmung aus der Steuerdüse 50 austritt und auf die Arbeitsströmung auftrifft, so bewirkt diese, daß sich die Arbeitsströmung an die rechte Wand des Ausgangskanals 44 anlegt. Umgekehrt gilt das gleiche.

Eine gemeinsame entlüftete Kammer 54 ist quer zu beiden Ausgangskanälen 42 und 44 angeordnet. Die Kammer 54 weist Kanäle 56 und 58 und Öffnungen 60, 62 und 64 auf. Wenn die energiereiche Arbeitsströmung durch den Ausgangskanal 42 fließt, tritt sie durch die Eingangsdüse 66 und den Kanal 56 hindurch in die Ausgangsdüse 68 ein, von der sie zu einer Verbrauchsstelle fließt. Wenn die energiereiche Arbeitsströmung durch den Ausgangskanal 44 fließt, gelangt sie durch die Eingangsdüse 72 und den Kanal 58 zur Ausgangsdüse 74, von wo sie wiederum zu einer Verbrauchsstelle fließt. Irgendeine stromabwärts auftretende Erhöhung des Strömungswiderstandes oder des Druckes oder irgendein Rückstau oder eine Rückströmung durch eine der öffnungen 70 oder 76 wird unabhängig davon, durch welche öffnung die Arbeitsströmung gerade hindurchfließt, von der Kammer 54 abgeleitet, so daß derartige Störungen die -Arbeitsströmung stromaufwärts der Kammer 54 nicht beeinträchtigen.

Ein typisches Ausführungsbeispiel der Erfindung, die in einem fluidischen Wandstrahlverstärker etwa gemäß der F i g. 5 eingebaut ist, sieht folgendermaßen aus: Die Eingangsdüse und die Ausgangsdüse haben eine Weite von 0,762 mm und eine Höhe gleich der Leistungsstrahldüse von 1,016 mm. Die entlüftete Kammer hat eine Weite von 0,508 mm und eine Länge von 2,286 mm. Die Öffnungen 60, 64 haben einen Durchmesser von 2,032 mm. Es hat sich gezeigt, daß eine Arbeitsströmung mit einem Druck von 0,14 kg/cm² stromaufwärts der Kammer und der Eingangs- bzw. Ausgangsdüse mit den obigen Abmessungen stromabwärts dieser Elemente einen Druck von etwa 0,134 kg/cm² hat.

Es wurde gefunden, daß bei einer Weite W der Leistungsstrahldüse die bevorzugte Weite der Eingangsdüse und der Ausgangsdüse zwischen etwa W und 10 W liegt, während die gleiche Höhe beibehalten wird.

Es wurde weiter gefunden, daß die Weite der entlüfteten Kammer vorzugsweise mindestens 2 Wbeträgt.

Der Fachmann weiß, daß die endgültige Gestaltung irgendeines speziellen Ausführungsbeispiels der Erfindung zumindest teilweise von der Dichte, der Temperatür und dem Druck des Fluids ebenso wie von den Solleigenschaften der Arbeitsströmung an der Verwendungsstelle abhängt. Man beachte, daß zum richtigen Arbeiten- der Kanal der Kammer mit konstantem Druck so weit sein muß, daß die gutbegrenzte, energiereiche Strömung durch ihn hindurchtreten kann, während gleichzeitig stromabwärts auftretende Störungen oder Veränderungen durch diesen Kanal abgeleitet werden. _,-"'-

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Entlüftete fluidische Vorrichtung mit mindestens einem der Fluidströmung dienenden Strömungskanal, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskanal (16, 18) von einer im wesentlichen quer zum Strömungskanal (16, 18) angeordneten entlüfteten Kammer (24) unterbrochen ist und daß für die Kammer (24) eine Eingangsdüse (20) und eine mit der Eingangsdüse (20) gleichachsig angeordnete Ausgangsdüse (22,23) vorgesehen ist.

2. Entlüftete fluidische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsdüse (22, 32) zur Kammer (24) hin eine trichterförmige Öffnung aufweist.

3. Entlüftete fluidische Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (24) von mindestens zwei Entlüftungsöffnungen (28, 30) und einem sich quer zum Strömungskanal (16, 18) erstreckenden Verbindungskanal (26) gebildet ist.

4. Entlüftete fluidische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungskanal (26) auf seiner gesamten Länge entlüftet ist.

5. Entlüftete fluidische Vorrichtung nach emern der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeiehnet,*daß die Eingangsdüse (20) und die Ausgangsdüse (22,32) je eine Weite von 0,762 mm und eine Länge von 1,016 mm aufweisen und daß der Abstand der Mündungen der Eingangs- und Ausgangsdüse in die Kammer (24) 0,508 mm und die Länge der Kammer (24) 2,286 mm beträgt.

6. Mit einer entlüfteten fluidischen Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche versehener Fluidverstärker mit mindestens zwei Ausgangskanälen und einer Leistungsstrahldüse, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der beiden Ausgangskanäle (42, 44) von einer entlüfteten Kammer (24) unterbrochen ist und daß im Ausgangskanal (42, 44) im Bereich der Kammer (24) je eine Eingangsdüse (66, 72) und je eine Ausgangsdüse (68, 74) vorgesehen ist.

7. Fluidverstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Kammer (54) für beide Ausgangskanäle (42,44) vorgesehen ist.

8. Fluidverstärker nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Eingangsdüse (66,72) und der Ausgangsdüse (68, 74) gleich dem ein- bis zehnfachen Wert des Durchmessers (W) der Leistungsstrahldüse (40) ist.

9. Fluidverstärker nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Weite der Kammer (24, 54) mindestens gleich dem doppelten Wert des Durchmessers (W) der Leistungsstrahldüse (40) ist.